Forscher des niederländischen Brightlands Materials Centers haben 3D-gedruckte Verbundteile mit „Selbsterkennungsfunktion“ entwickelt. Diese überwachen ihren eigenen Zustand, wodurch kritische Bereiche besser kontrolliert werden können. Ein Beispiel wären Brücken, deren Bauteile sich über Sensoren selbst überwachen. Mit dem maßstabsgetreuen Modell einer Brücke konnten die Wissenschaftler ihr Konzept beweisen.
Die niederländische Forschungseinrichtung Brightlands Materials Center hat mit Hilfe von 3D-Druck Verbundteile entwickelt, die ihren eigenen Zustand erfassen. Der Sensor ist das Material selbst. Kritische Strukturen im Bauwesen, der Luft– und Raumfahrt und der Medizin lassen sich so besser überwachen, wie die Forschungseinrichtung in einer Pressemitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin erklärt.
Material mit „Selbsterkennungsfähigkeit“
Das Center nutzt Co-Extrusions-Verbundfasern vom Unternehmen Anisoprint und stellt damit Verbundteile aus Endlosfasern her. Das verleiht den Teilen die „Selbsterkennungsfähigkeit“, die auf messbaren Änderungen des elektrischen Widerstands basiert. Ein Vorteil liegt darin, strukturelle Zustände von Flugzeugen oder Brücken zu überwachen.
Derartige Verbundteile können mit traditionellen Herstellungstechniken produziert werden. Dabei werden mehrstufige Prozesse und spezielle Geräte benötigt. Das Brightlands Materials Center fertigt die Verbundteile jedoch mithilfe des 3D-Drucks. So können die Ingenieure die Endlosfasern genauer ausrichten. Das Material wird an den Stellen angebracht, die für die Struktur wichtig sind. So befinden sich die Sensoren dort, wo sie benötigt werden.
Ein Machbarkeitsbeweis
Um ihr Konzept nachzuweisen, bauten die Forscher des Centers ein maßstabsgetreues Modell einer Fußgängerbrücke mit einem einfachen Biegebalken. Mit dem Anisoprint Composer A4 stellten sie die Verbundteile her. Der 3D-Drucker erlaubt die Auswahl eines beliebigen thermoplastischen Polymers als Matrix mit kompletter Freiheit beim Kohlefaserlayout. Damit eine Verbindung zur elektronischen Überwachungshardware möglich ist, muss das Material aus dem Objekt herausragen. Mit dem PROM IS 500 hat Anisoprint 2019 einen neuen 3D-Drucker mit patentierter Composite Fiber Co-Extrusion (CFC)-Technologie vorgestellt.
Fazit
Es zeigte sich, dass die 3D-gedruckten Verbundwerkstoffe mit Selbsterkennungsfunktion dabei helfen können, Informationen über die tatsächlichen Verwendungsumstände zu sammeln. Müssen nicht mehr verfügbare Ersatzteile ausgetauscht werden oder befindet sich ein Produkt noch in der Design- und Prototypenphase, kann ein derartiges Material sehr nützliche Informationen liefern. Die Erfassung von der tatsächlichen Dynamik und den Kräften, die auf ein Objekt einwirken, kann Designern und Ingenieuren bei der Entwicklung eines Produkts helfen. Sie erhalten ein klares Bild davon, welche Anforderungen das 3D-gedruckte Objekt erfüllen muss.
In der Medizin eignet sich das Material als Diagnosewerkzeug. 3D-gedruckte Orthesen oder Prothesen könnten den Ärzten so wichtige Informationen zu den Bewegungsmustern oder zur Stressverteilung liefern. Weitere Forschungen zum 3D-Drucker erfahren Sie regelmäßig kostenlos im 3D-grenzenlos Newsletter (hier abonnieren).